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--- baulich:details_der_messung_der_wand-querschnitts-temperaturen [2024/05/06 11:28] – [Mehr Details der Temperaturmessung im Wandquerschnitt] wfeist
+++ baulich:details_der_messung_der_wand-querschnitts-temperaturen [2024/05/06 11:40] – [(1) Vergleich von Messung und Simulation] wfeist
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 =====(1) Vergleich von Messung und Simulation=====
-Für diese Außenwand gibt es ein mit den Abmessungen und Labor-gemessenen Materialkennwerten (wie z.B. Wärmeleitfähigkeiten) erstelltes Computer-Simulationsmodell. Die Simulation beruht auf Fouriers Wärmeleitungsgleichung (zeitabhängige Form). Sie wurde in nur einer Raum-Dimension angesetzt, denn die Wandfläche ist insgesamt recht groß und Wärmebrückeneffekte werden nur in ganz geringem Ausmaß erwartet. Auch wurden keine Temperatur- oder Feuchte-abhängigen Materialeigenschaften verwendet und der Feuchtetransport in der Wand nicht eingekoppelt; es kann leicht abgeschätzt werden, dass die genannten Effekte zwar in einem gewissen Ausmaß in der Wand stattfinden, dass diese sich aber nur geringfügig auf die Ergebnisse auswirken; so geringfügig, dass dies innerhalb der vorliegenden Messgenauigkeit nicht nachweisbar ist.\\ \\
+Für diese Außenwand gibt es ein mit den Abmessungen und Labor-gemessenen Materialkennwerten (wie z.B. Wärmeleitfähigkeiten) erstelltes Computer-Simulationsmodell. Die Simulation beruht auf Fouriers Wärmeleitungsgleichung (zeitabhängige Form). Sie wurde in nur einer Raum-Dimension angesetzt, denn die Wandfläche ist insgesamt recht groß und Wärmebrückeneffekte werden nur in ganz geringem Ausmaß erwartet. Auch wurden keine Temperatur- oder Feuchte-abhängigen Materialeigenschaften verwendet und der Feuchtetransport in der Wand nicht eingekoppelt; es kann leicht abgeschätzt werden, dass die genannten Effekte zwar in einem gewissen Ausmaß in der Wand stattfinden, dass diese sich aber nur geringfügig auf die Ergebnisse auswirken; so geringfügig, dass dies innerhalb der vorliegenden Messgenauigkeit nicht nachweisbar ist((nicht an diesem Ort innerhalb der Wand - durchaus, wenn wir in der Nähe z.B. einer Außenkante oder eines eingebauten Fensters messen würden.)).\\ \\
 Die Ergebnisse der Simulationsrechnung sind bereits im gleichen Diagramm mit eingezeichnet: Es sind die durchgezogenen schwarzen Linien, die sich fast ununterscheidbar mit den Symbolen aus der Messaufzeichnung decken. Nun, da die Aufmerksamkeit darauf gelenkt ist, lässt sich z.B. bei der Kurve mit den gelben Dreiecken zeitweise eine geringfügige Abweichung zwischen der Simulationskurve und den Messwerten erkennen: am 12. Oktober zwischen 13:00 und 18:00 liegen die Werte der Simulation z.B. wenige Zehntel Grad über den Messwerten in der Wand. Wenn spekuliert werden soll, worin diese kleine Abweichung vielleicht begründet ist: Dafür gibt es eine große Zahl von Möglichkeiten, zwischen denen ohne nähere Untersuchung nicht entscheiden werden kann: Recht wahrscheinlich ist, dass die Wärmekapazität in der Dämmschicht am Ort des Sensors anders((nämlich etwas höher)) ist, als in der Simulation angesetzt: der Sensor selbst hat eine gewisse Wärmekapazität und er wurde zwischen zwei Dämmplatten mit Mörtel eingeklebt; wir wissen nicht, wieviel Mörtel das genau war - und der erkennbare Effekt ist auch so gering, dass durch die mangelnde Detailerhebung keine Aufsehens erregenden Abweichungen resultieren. Es kann aber auch sein, dass sich der Sensor effektiv einfach ein paar Millimeter weiter außen befindet als im Modell angesetzt: Änderungen der kapillar aufgenommenen Wärme könnten eine Rolle spielen oder auch kleine Wassermengen in Phasenübergängen. Was auch immer die Abweichung verursacht - der Effekt ist so klein, dass wir recht daran taten, das einfache thermische Modell zu verwenden, wie es ober beschrieben wurde. Die Diskussion hier zeigt dann, dass die Fourier-Gleichung die Wärmestrom- und Temperurentwicklung in diesem Aufbau auch in allen Details ziemlich genau widerspiegelt. Die Untersuchung bestätigt damit die Validität der in der Bauphysik eingeführten Gleichungen.\\ \\
 **Konsequenz:** Ein wichtiger Schluss aus dem gerade dargestellten Vergleich ist, dass das Computer-Simulationsmodell geeignet ist, z.B. die Werte für die Temperaturen genauso zuverlässig zu liefern, wie die Messungen. Das hat weitreichende praktische Konsequenzen: Z.B. können jetzt auch Temperaturen an anderen Stellen des Querschnittes, z.B. in 3⁄4-Position in der Dämmlage berechnet werden - dort gibt es keine Sensoren und dennoch können wir uns auf eine solche Berechnung verlassen. Auch die Temperaturen in in Zeiträumen, in denen die Messung ausgefallen war oder an anderen Orten mit anderem Temperaturverlauf z.B. der Außentemperatur können auf Grund dieser Validierung zuverlässig berechnet werden. Schließlich kann das Modell z.B. in eines mit nur noch 12 cm Dämmschichtdicke geändert werden und wir können erwarten, das es dann zuverlässig das veränderte Temperaturprofil berechnen lässt. Fast noch wichtiger: Mit dem bestehenden Modell können nicht nur die Temperaturen, sondern auch die inneren Energien der Bauteilschichten berechnet und die vorliegenden örtlichen Wärmströme bestimmt werden: Das erlaub wiederum eine weitaus genauere Berechnung des Wärmeverlustes durch diese Wand durch zeitliche Integration der Wärmeströme knapp unter der inneren Oberfläche. \\ \\
-**Anmerkung:** Dass wir den Vergleich Simulation/Messung hier als erstes aufführen, hat gute Gründe. Zum einen zeigt dies, wie gut die anerkannten Gesetze der Bauphysik in der Lage sind, die Realität zuverlässig abzubilden. Für die Planung von Neubauten oder Sanierungen sind wir ohnehin auf den Rechenweg angewiesen: Bevor das Gebäude gebaut oder die Maßnahme ausgeführt wurde, lässt sich das thermische Verhalten im konkreten Fall trivialerweise nicht nachmessen. Zuverlässige rechnerische Ansätze sind hier unverzichtbar. Aber auch für viel der im vorigen Abschnitt beschriebenen Anwendungen der Simulation bis hin zu einer korrekten Auswertung der Energiebilanzen ist ein validierter Rechengang nicht nur hilfreich, sondern oft unersetzlich: "Es gibt nichts Praktischeres als eine gute Theorie"(Immanuel Kant).\\ \\
+**Anmerkung:** Dass wir den Vergleich Simulation/Messung hier als erstes aufführen, hat gute Gründe. Zum einen zeigt dies, wie gut die anerkannten Gesetze der Bauphysik in der Lage sind, die Realität zuverlässig abzubilden. Für die Planung von Neubauten oder Sanierungen sind wir ohnehin auf den Rechenweg angewiesen: Bevor das Gebäude gebaut oder die Maßnahme ausgeführt wurde, lässt sich das thermische Verhalten im konkreten Fall trivialerweise nicht nachmessen. Zuverlässige rechnerische Ansätze sind hier unverzichtbar. Aber auch für viele der im vorigen Abschnitt beschriebenen Anwendungen der Simulation bis hin zu einer korrekten Auswertung der Energiebilanzen ist ein validierter Rechengang nicht nur hilfreich, sondern oft unersetzlich((Noch weiter: Wenn wir tatsächlich versuchen wollen, z.B. auch die Auswirkungen der Kapillarkondensation bei einem Modell für den Feuchtetransport zu analysieren, dann ist es unerlässlich, ein zuverlässiges thermisches Modell bereits als Basis zu verwenden. Denn, die Veränderungen durch die hier behandelten unmittelbaren thermischen Energieströme sind um Größenordnungen höher als die Effekte der Kondensationswärme; werden die thermischen Veränderungen nicht korrekt berücksichtigt, ist der Fehler bei der Analyse des Feuchtemodells u.U. sehr groß.)): "Es gibt nichts Praktischeres als eine gute Theorie"(Immanuel Kant). \\ \\
 =====(2) Vorgänge an der Außenoberfläche=====
 Die Kurve mit dem blauen Quadrat ist die Temperaturentwicklung an der äußeren Oberfläche - also auf dem Außenputz. //Das erste//, was hier unmittelbar auffällt, sind die beiden //Temperaturspitzen// gegen 13:30 am 12. Oktober und 12:30 am Folgetag (Zeitangaben hier in UTC universal time, d.h. Sonnenzeit -2,5 h; es ist somit am 12. Oktober um ca. 16:00 örtliche Sonnenzeit). Die Erklärung ist hier unmittelbar einleuchtend: an diesen Tagen schien die Sonne und die Westwand bekam am Nachmittag ordentlich solare Einstrahlung ab. Es ist übrigens diese Absorption an Oberflächen, die letztlich auch zur Erwärmung der Außenluft im Verlauf des Tages führt (Grüne Kurve). Die an der Oberfläche aufgenommene Strahlungsenergie wird tatsächlich überwiegend von der Oberfläche, die nun merklich wärmer ist als die Außenluft, nach außen an die Luft und durch thermische Abstrahlung in den Himmel wieder abgegeben. Ein kleinerer Teil ist aber Wärmeverlust-reduzierend wirksam: Die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen wird nämlich auf diesem Weg reduziert. Das wird sogar im Diagramm unmittelbar erkennbar: Auch die Temperatur weiter innen in der Dämmschicht steigt nämlich, zeitverzögert, an: mit einem Maximum von über 17 °C kurz nach 16:00 (UTC, am 12.10.). Soweit war das auch intuitiv 'einfach' und auch die Simulation trifft diese Vorgänge alle mit hoher Genauigkeit((Die Hintergründe behandeln wir im Grundlagenkurs Bauphysik etwas eingehender: [[grundlagen:sonne:indirekte_waermezufuhr|]])).\\ \\